JP2008119870A

JP2008119870A - インプリントモールド

Info

Publication number: JP2008119870A
Application number: JP2006303631A
Authority: JP
Inventors: Munehisa Soma; 宗尚相馬; Manabu Suzuki; 学鈴木
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】インプリントモールドのパターン破壊を防ぎ、かつ、インプリント法によるパターン形成において均一な残膜を与えることが可能なインプリントモールドを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のインプリントモールドは、基板に、大開口凹パターンが設けられ、前記大開口凹パターンの底面に微細な凹凸パターンが設けられていることを特徴とする。これにより、本発明のインプリントモールドを用いたパターン形成を行うとき、基板とモールドを圧着させる工程において、微細なパターン部分と基板が物理的に接触することを防ぐことが出来る。このため、接触したインプリントモールドのパターン部が荷重の集中により破壊されることを防ぐことが出来る。
【選択図】図４

Description

本発明は、インプリント法を用いたパターン形成に用いられるインプリントモールドに関する。

半導体デバイスの製造プロセスなど微細加工が要求されるパターンの形成には、光学的にパターンを転写する方法が用いられている。その例として、ガラスなどの透明基板上の一部にクロム等の不透明材料からなるパターンを形成したフォトマスクを作製し、樹脂を塗布した半導体基板上に直接的に或いは間接的に載せ、フォトマスクの背面から光を照射して光の透過部分の樹脂を選択的に感光させることにより、フォトマスクのパターンを基板上に転写することが行われている。この技術を一般にフォトリソグラフィ法と呼んでいる。

しかしながら、これらのパターン形成方法は、形成するパターンのサイズや形状は露光する光の波長に大きく依存するため、特に微細なパターン転写においては、半導体基板上に忠実に転写することが困難となっている。
また、光の回折現象によるパターンボケや複雑な機構を必要とする装置コストの問題は、半導体デバイスの製造のみならず、ディスプレイや記録メディア、バイオチップ、光デバイスなど様々なパターン形成においてもフォトリソグラフィ法を用いるため同様であり、マスクパターンを忠実に転写することは出来ない。

＜インプリント法＞
近年、インプリント法と呼ばれる微細パターンの転写技術が提案されている（非特許文献１参照）。代表的なインプリント法として、主に熱インプリントおよび光インプリントがある。

＜熱インプリント法＞
以下、熱インプリント法の一例について図１を用いながら説明を行う。
まず、凹凸を有する金属等のモールド１１０を形成する（図１（ａ））。
次に、パターンを形成しようとする基板１１１上に、ＰＭＭＡなどの樹脂材料を塗布し樹脂層１１２を形成する（図１（ｂ））。
次に、樹脂層１１２を形成した基板１１１を約１２０〜２００℃程度に加熱し、樹脂層１１２を軟化させる。
次に、基板１１１の樹脂層の塗布面側にモールドの凹凸面側が対向するようにモールド１１０と基板１１１とを重ね合わせ、およそ３〜２０ＭＰａ程度の圧力で接触させる（図１（ｃ））。
次に、モールド１１０を基板１１１に接触した状態で温度を約１００℃以下まで降温して樹脂層１１２を硬化させ、モールドを剥離する。
以上より、基板１１１上の樹脂層１１２には、モールド１１０の凹凸パターンに対応するパターンが形成される（図１（ｄ））。
また、基板１１１上には、モールド１１０の凸部に相当する部分が薄い残膜として残るため、Ｏ_２ＲＩＥ法（酸素ガスによる反応性イオンエッチング）により、これを除去してもよい（図１（ｅ））。
しかしながら、熱インプリント法の原理的課題は、昇温・冷却過程の熱サイクルを伴うために処理時間が長いこと、また、高いプレス圧力を要することがあげられる。

＜光インプリント法＞
上述の熱インプリント法の課題を克服するために光インプリント法が提案されている（特許文献１参照）。
以下、光インプリント法の一例について図２を用いながら説明を行う。
まず、図２（ａ）に示すように、石英などの透光性を有する材料からなる基板を電子ビームリソグラフィ法などとエッチングにより表面に凹凸の形状を有するモールド１２０を作製する。
次に、図２（ｂ）に示すように、基板上に粘度の低い液体状の光硬化性樹脂（樹脂１２２）を塗布し、図２（ｃ）に示すように、モールド１２０を光硬化性樹脂（樹脂１２２）に接触させる。このときのプレス圧力は０．０１〜５ＭＰａ程度と小さくて良い。
次に、モールド１２０と基板を圧着させた状態で、モールド１２０の裏面から光を照射し、光硬化性樹脂（樹脂１２２）を硬化させ、モールド１２０を剥離する。
次に、図２（ｄ）に示すように、モールド１２０のパターンが転写された光硬化性樹脂（樹脂１２２）の薄い残膜をＯ_２ＲＩＥ法などにより除去する。
以上より、図２（ｅ）に示すように、樹脂パターンが得られる。

光インプリント法によれば、樹脂の硬化を光反応によって行うため熱サイクルがなく（室温で良く）、処理時間を大幅に短縮することができ、熱サイクルによる位置精度の低下もない。また、光硬化性樹脂は、粘度が低い液体であるため、熱インプリントのようにモールドを高い圧力で光硬化性樹脂に接触させなくてもパターンの転写を行うことができる。よって、プレス圧力による位置精度の低下やモールドの破壊も劇的に少なくなる。つまり、光インプリントは、熱インプリントの原理的課題である処理時間の長さおよび高いプレス圧力を解決した技術と言える。
特開２０００−１９４１４２号公報Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，ｖｏｌ．６７，ｐ．３３１４（１９９５）

しかしながら、上述のいずれの方法を用いても、図１（ｃ）および図２（ｃ）に示す工程において、モールド１１０、１２０を基板１１１、１２１上に塗布された樹脂へ接触する際に、インプリントモールドと基板は平面で接触するが、インプリントモールド全面（全部分）が同時に基板に接触することは不可能である。なぜなら、インプリントモールドや基板には装置起因もしくはインプリントモールドの装着時もしくは基板の装着時による傾斜を、少なからず持っているためである。このため、インプリントモールドパターンのどこか１箇所が必ず最初に基板に接触するため、最初に接触したインプリントモールドのパターン部はインプリントの荷重が集中するため破壊してしまう恐れがある。光インプリントのように比較的低圧条件でのインプリント法や硬く丈夫なインプリントモールドであっても、インプリント装置の荷重が一点に集中するため、インプリントモールドパターンの破壊は容易に起こり得る。

この様子について図３を用いて説明する。図３（ａ）〜（ｅ）は、従来のインプリントモールドが基板にインプリントされる様子を説明する断面図である。図３（ａ、ｂ）は理想的にインプリントされる場合で、図３（ｃ〜ｅ）は実際にインプリントされる場合である。理想的には、インプリントモールドは基板に対して寸分の狂いもなく平行に向かい合っていれば（図３（ａ）参照）、インプリントモールドパターンが破壊されることなくインプリントされる（図３（ｂ）参照）。しかし、上述の理由から実際には完全に平行に向かい合っていない（図３（ｃ）参照）ため、インプリントにより最初に基板に接触したパターン部に荷重が集中し、パターン破壊が発生する（図３（ｄ）参照）。その後、インプリント装置の設定した値まで荷重が加えられ、インプリントモールドと基板との傾斜は補正され平行になるため、パターンの大部分は予定通りにインプリントされる（図３（ｅ）参照）。このため、インプリントモールドの破壊されたパターン部分は、基板に正確にパターン転写することが出来ないだけでなく、インプリントモールドの破片によって異物や欠陥となってしまう。さらに、このインプリントモールドにもパターン欠陥となるため引き続きインプリントに用いることはできなくなってしまう。

また、図１（ｄ）および図２（ｄ）に示す工程において、モールド１１０、１２０と基板１１１、１２１との間に僅かな隙間が生じ、この隙間に樹脂膜が入り込む。このため、基板の表面が露出されるべき領域に、薄い残膜が形成されてしまう。この残膜を除去するには、新たなマスクを用いることなく、転写パターンから残膜のみを選択的に除去することは難しい。上述の方法では、必要なパターンの線幅や形状をできるだけ保持しつつ、残膜を除去するためにＯ_２ＲＩＥ法を用いて基板の表面が露出されるまで残膜をエッチングしている。したがって、残膜の分布に偏りが生じると、転写パターンも同時にエッチングされ、転写パターンの高さが制御困難という問題が生じる。

本発明の目的は、このような従来技術の問題を解決し、インプリントモールドのパターン破壊を防ぎ、かつ、インプリント法によるパターン形成において均一な残膜を与えることが可能なインプリントモールドを提供することにある。

請求項１に記載の本発明は、微細な凹凸パターンが形成されたインプリントモールドにおいて、基板に、大開口凹パターンが設けられ、前記大開口凹パターンの底面に微細な凹凸パターンが設けられていることを特徴とするインプリントモールドである。
なお、ここで凹凸パターンとは、矩形状の溝パターンに限らず、任意の形状の段差を有するパターンであるものとする。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載のインプリントモールドを用いたパターン形成方法である。

請求項３に記載の本発明は、微細な凹凸パターンが形成されたインプリントモールドの製造方法において、基板に大開口凹パターンを設ける第一の工程と、前記大開口凹パターンの底面に微細な凹凸パターンを設ける第ニの工程と、を行うことを特徴とするインプリントモールド製造方法である。

請求項４に記載の本発明は、微細な凹凸パターンが形成されたインプリントモールドの製造方法において、基板に、微細な凹凸パターンを設ける第一の工程と、前記凹凸パターン領域外に、凸パターンを形成する第二の工程とを行うことを特徴とするインプリントモールド製造方法である。

本発明のインプリントモールドは、基板に、大開口凹パターンが設けられ、前記大開口凹パターンの底面に微細な凹凸パターンが設けられていることを特徴とする。
これにより、本発明のインプリントモールドを用いたパターン形成を行うとき、基板とモールドを圧着させる工程において、微細なパターン部分と基板が物理的に接触することを防ぐことが出来る。このため、接触したインプリントモールドのパターン部が荷重の集中により破壊されることを防ぐことが出来る。よって、インプリント法において、これまで欠点であったインプリントモールドのパターン破壊およびそれによるパターン欠陥や異物の発生を防止することが出来る。また、これによってインプリントモールドの長寿命化が可能となるため、大幅なコストダウンが可能となる。

また、本発明のインプリントモールドを用いたパターン形成を行うとき、基板とモールドを圧着させる工程において、インプリントモールドが基板と接触する部分はパターン領域外なため、パターン領域外に荷重が集中する。したがって、樹脂は、パターン領域内外へ流動しやすくなり、接触した部分の残膜が従来のインプリントモールドと比べて極力薄くすることが出来る。このため、パターン領域を網羅する大開口凹パターンによって形成された膜厚は、インプリント条件に影響を受けることなく常に一定となる。これにより、図１（ｅ）および図２（ｅ）に示す残膜処理の条件が固定することが出来、安定したパターン形成が可能となる。

以下、本発明のインプリントモールドついて説明を行う。
本発明のインプリントモールドは、
基板に、大開口凹パターンが設けられ、
前記大開口凹パターンの底面に微細な凹凸パターンが設けられていること
を特徴とするインプリントモールド
である。

本発明の一例を図４に示す。図４（ａ）はインプリントモールド正面図を示し、（ｂ）は断面図を示す。
このとき、１４０はモールドであり、１４１は基板上に設けた大開口凹パターンであり、１４２は基板上に設けた微細な凹凸パターンである。また、微細な凹凸パターン１４２は、大開口凹パターン１４１の領域内に形成されている。
また、パターン高さや広さは転写するパターンに応じて適宜設計可能であり、特に限定されるものではない。

基板として用いられる材料としては、凹凸パターンを加工することが出来ればよく、特に限定されるものではない。例えば、具体的には、シリコン、石英、アルミ、ニッケル、タンタル、炭化珪素などを用いても良い。

以下、本発明のインプリントモールドの製造方法について説明を行う。

本発明のインプリントモールドを製造するにあたっては、（１）基板に大開口凹パターンを形成した後、微細な凹凸パターン形成する、（２）基板に微細な凹凸パターン形成した後、前記凹凸パターン領域外に凸部を形成し、大開口凹パターンを形成する、のいずれの方法を用いてもよい。

大開口凹パターン、凹凸パターンの形成方法としては、選択した基板に応じて適宜公知の方法を用いて形成することが出来る。例えば、具体的には、フォトリソグラフィとエッチングを併用する方法、集束イオンビーム（ＦＩＢ）やダイシングなどを用いた精密機械加工法、レーザーとエッチングを併用する方法、電子ビームリソグラフィとエッチングを併用する方法などが挙げられる。

本発明のインプリントモールドは、基板とモールドが圧着する工程を行うパターン形成方法に有用であり、広範のインプリント法に適応することが出来る。例えば、具体的には、光インプリント、熱インプリント、ゾルゲルインプリントなどを挙げることが出来る。

以下、本発明の実施の一例として、光インプリント用の石英モールドを製造し、光インプリントを実施した例を示す。
なお、本発明のインプリントモールド、インプリントモールドの製造方法および、インプリントモールドを用いたパターン形成方法は下記実施例に限定されず、類推することのできる他の公知の方法をも含むものとする。例えば、具体的には、基板にシリコンを用いてモールドを製造し、熱インプリント法行うなどが挙げられる。

＜実施例１＞
インプリントモールドの製造方法を図５に示す。
インプリントモールドの元となる基板として、Ｃｒ１００ｎｍ、レジスト４００ｎｍ厚を有する６０２５サイズのフォトマスク用基板を使用した（図５（ｂ））。電子線描画装置にて、１００ｎｍのＬｉｎｅ＆Ｓｐａｃｅ（パターン密度５：１、１：１、１：５）、Ｄｏｔ、Ｈｏｌｅパターンをそれぞれ描画した。
次に、有機現像によりレジストパターンを形成した（図５（ｃ））。このときの条件は、描画時のドーズを１００μＣ／ｃｍ^２、現像時間を２分とした。

次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたＣｒエッチングとバレル式アッシング装置を用いたＯ_２プラズマアッシングによって、Ｃｒパターンを形成した（図５（ｄ））。Ｃｒエッチングの条件は、Ｃｌ_２流量２０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量１０ｓｃｃｍ、Ｈｅ流量３０ｓｃｃｍ、圧力３Ｐａ、ＩＣＰパワー５００Ｗ、ＲＩＥパワー５０Ｗ、エッチング時間４０秒とし、Ｏ_２プラズマアッシングの条件は、Ｏ_２流量５００ｓｃｃｍ、圧力３０Ｐａ、ＲＦパワー１０００Ｗとした。

次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、パターニングされたＣｒ層をエッチングマスクとして、石英基板をエッチングして微細なパターンを形成した（図５（ｅ））。このとき、石英エッチング条件を、Ｃ_４Ｆ_８流量１０ｓｃｃｍ、Ｏ_２流量１０〜２５ｓｃｃｍ、Ａｒ流量７５ｓｃｃｍ、圧力１〜２Ｐａ、ＩＣＰパワー２００Ｗ、ＲＩＥパワー５５０Ｗ、エッチング時間９０秒とした。

次に、大開口凹パターンを形成した。微細な凹凸パターンを形成した基板の微細な凹凸パターン領域外に、レジスト４００ｎｍ厚をコートした（図５（ｆ））。電子線描画装置にて、２０ｍｍ程度のパターンを描画し、次いで有機現像によりレジストパターンを形成した（図５（ｇ））。このときの条件は、描画時のドーズを１００μＣ／ｃｍ^２、現像時間を２分とした。

次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いたＣｒエッチングとバレル式アッシング装置を用いたＯ_２プラズマアッシングによって、Ｃｒパターンを形成した（図５（ｈ））。Ｃｒエッチングは、上述に示した条件と同様とした。

次に、ＩＣＰドライエッチング装置を用いて、パターニングされたＣｒ層をエッチングマスクとして、石英基板をエッチングして大開口凹パターンを形成した（図５（ｉ））。このとき、石英エッチングも、上述に示した条件と同様とした。

次に、Ｃｒ層のウエット剥離洗浄を行い（図５（ｊ））、微細な凹凸パターンおよび微細な凹凸パターン領域を網羅した大開口凹パターンを形成した。

以上より、図４に示す本発明にかかる光インプリントモールドを製造することが出来た。

＜実施例２＞
実施例１で製造された石英モールドを用いて、光インプリント装置にて光インプリントを実施し、パターンを形成した。

図６（ａ）に示す石英モールド１６０の凹凸パターン面には、離型剤としてフッ素系表面処理剤ＥＧＣ−１７２０（住友３Ｍ）をコートした。
次に、図６（ｂ）に示すように、インプリントの対象となる基板として基板１６１を用意し、前記基板上に、パターン形成材料として、光硬化性樹脂ＰＡＫ−０１（東洋合成工業）１６２を３００ｎｍ厚でコートした。

図６（ｃ）に示すように、石英モールド１６０を光硬化性樹脂１６２に接触させ、石英モールド１６０の裏面から光を照射し、光硬化性樹脂１６２を硬化させた。光インプリントの条件は、プリベークなし（室温）、プレス圧力２ＭＰａ、ＵＶ波長３６５ｎｍ、ＵＶ露光量４０ｍＪ／ｃｍ^２とした。

図６（ｄ）に示すように、石英モールド１６０のパターンが転写された光硬化性樹脂１６２の大開口領域をＯ_２ＲＩＥ法などにより除去した。これにより、図６（ｅ）に示すように、樹脂パターンが得られた。

本発明のインプリントモールドは、半導体デバイス、光学部品、ハードディスクやＤＶＤなどの記録デバイス、ＤＮＡ分析などのバイオチップ、拡散版や導光版などのディスプレイなどの製造方法において用いられる微細なパターン形成に有用に用いることが期待できる。

熱インプリント法によるパターン形成工程を示す断面図であり、（ａ）モールド、（ｂ）基板に樹脂がコートされた状態、（ｃ）熱インプリント法によってインプリントしている状態、（ｄ）熱インプリント後の剥離した状態、（ｅ）Ｏ_２ＲＩＥ処理によって、樹脂残膜部分を除去した状態、を示すものである。光インプリント法によるパターン形成工程を示す断面図であり、（ａ）石英モールド、（ｂ）基板に樹脂がコートされた状態、（ｃ）光インプリント法によってインプリントしている状態、（ｄ）光インプリント後の剥離した状態、（ｅ）Ｏ_２ＲＩＥ処理によって、樹脂残膜部分を除去した状態、を示すものである。モールドが基板にインプリントされる様子を示す断面図であり、（ａ）理想的にインプリントされる場合のプレス前の状態、（ｂ）理想的にインプリントされる場合のプレス後の状態、（ｃ）実際にインプリントされる場合のプレス前の状態、（ｄ）実際にインプリントされる場合のプレス途中の状態、（ｅ）実際にインプリントされる場合のプレス後の状態、を示すものである。本発明におけるインプリントモールドの構成を示す図であり、（ａ）正面図、（ｂ）断面図、を示すものである。実施例１における光インプリント用の石英モールドの製造工程を示す断面図であり、（ａ）石英基板、（ｂ）石英基板にＣｒおよびレジストをコートした状態、（ｃ）ＥＢリソグラフィによってレジストをパターニングした状態、（ｄ）ＣｒのドライエッチングによってＣｒをパターニングした状態、（ｅ）石英のドライエッチングによって石英をパターニングした状態、（ｆ）微細な凹凸パターンを形成した基板にレジストをコートとした状態、（ｇ）ＥＢリソグラフィによってレジストをパターニングした状態、（ｈ）ＣｒのドライエッチングによってＣｒをパターニングした状態、（ｉ）石英のドライエッチングによって石英をパターニングした状態、（ｊ）Ｏ_２プラズマアッシングや基板洗浄によってレジストおよびＣｒを除去した状態、を示すものである。実施例２における光インプリント法によるパターン形成工程を示す断面図であり、（ａ）石英モールド、（ｂ）基板に樹脂がコートされた状態、（ｃ）光インプリント法によってインプリントしている状態、（ｄ）光インプリント後の剥離した状態、（ｅ）Ｏ_２ＲＩＥ処理によって、樹脂残膜部分を除去した状態、を示す図である。

符号の説明

１１０…モールド
１１１…基板
１１２…樹脂
１２０…石英モールド
１２１…基板
１２２…樹脂
１３０…モールド
１３１…基板
１３２…樹脂
１３３…パターン破壊
１４０…モールド
１４１…大開口凹パターン
１４２…微細な凹凸パターン
１５０…石英基板
１５１…クロム
１５２…レジスト
１６０…モールド
１６１…基板
１６２…樹脂

Claims

微細な凹凸パターンが形成されたインプリントモールドにおいて、
基板に、大開口凹パターンが設けられ、
前記大開口凹パターンの底面に微細な凹凸パターンが設けられていること
を特徴とするインプリントモールド。
請求項１に記載のインプリントモールドを用いたパターン形成方法。
微細な凹凸パターンが形成されたインプリントモールドの製造方法において、
基板に、大開口凹パターンを設ける第一の工程と、
前記大開口凹パターンの底面に微細な凹凸パターンを設ける第二の工程と、
を行うことを特徴とするインプリントモールド製造方法。
微細な凹凸パターンが形成されたインプリントモールドの製造方法において、
基板に、微細な凹凸パターンを設ける第一の工程と、
前記凹凸パターン領域外に、凸パターンを形成する第二の工程と
を行うことを特徴とするインプリントモールド製造方法。